JPH10132977A

JPH10132977A - 制御棒駆動機構

Info

Publication number: JPH10132977A
Application number: JP8285550A
Authority: JP
Inventors: Tatsutoshi Tokuyama; 龍俊徳山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネットカップリング採用により軸封部を削
除した上で、さらにメンテナンス性の向上、作業性の向
上、制御の簡素化、物量の低減、および寿命の伸張が図
れ、また万一のマグネットカップリングのトラブルを考
慮しても、制御棒位置保持が可能である安全な制御棒駆
動機構を提供する。【解決手段】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に設
けられ、制御棒１２を昇降駆動することによって熱出力
を制御する。駆動源として電動機を用いるとともに、そ
の電動機の回転軸２を制御棒側の駆動軸４に伝達する手
段としてマグネットカップリング２５，２６を設けてな
る電動型制御棒駆動機構である。電動機として誘導電動
機３８を採用するとともに、この誘導電動機３８から伝
達される駆動力を制限するためのスリップクラッチ４５
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉
（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器下部に設けられて制御棒
（ＣＲ）を昇降駆動する制御棒駆動機構（ＣＲＤ）に係
り、特に電動型制御棒駆動機構（ＦＭＣＲＤ）の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の電動型制御棒駆動機構
の従来例を示す縦断面図である。この制御棒駆動機構は
下端部に電動機１を備え、電動機１の垂直な回転軸２が
ギアカップリング３を介して上方の垂直な駆動軸４に連
結されている。駆動軸４にはボールねじ５が一体回転可
能に連結され、このボールねじ５にボールナット６が螺
合してボールねじ５の回転により昇降駆動されるように
なっている。現在建設されている改良型沸騰水型原子炉
（ＡＢＷＲ）における電動型制御棒駆動機構では、電動
機１としてステッピングモータが採用されている。

【０００３】ボールナット６の外周部には上下配置で対
をなすローラ７が設けられ、これらのローラ７は、ガイ
ドチューブ８の内周面に形成された軸方向の取付板９を
狭持するように取り付けられている。ボールナット６の
上部には、ボールねじ５を囲んで上方に伸びる中空ピス
トン１０が設けられ、この中空ピストン１０の上端に、
カップリング１１を介して制御棒１２が連結されてい
る。

【０００４】また、電動機１には電磁ブレーキ１３が取
り付けられ、この電磁ブレーキ１３を作動させることに
より、電動機１を停止できるようになっている。電磁ブ
レーキ１３の下端にはシンクロ位置検出器１４が設けら
れ、このシンクロ位置検出器１４により制御棒１２の位
置を検出することができるようになっている。なお、電
動機１、電磁ブレーキ１３およびシンクロ位置検出器１
４は、ギアカップリング３の周囲に配設した筒状のモー
タブラケット１５で下記のスプールピースに連結されて
いる。また、モータブラケット１５の上方位置で駆動軸
４の貫通部位には、シール部材としてグランドパッキン
１６が使用されている。それ以外の静止シール部には、
ゴム製のＯリング１７，１８が使用されている。

【０００５】さらに、ボールねじ５、中空ピストン１０
およびガイドチューブ８を囲む配置で炉壁を貫通する制
御棒駆動機構ハウジング（以下、ＣＲＤハウジング）１
９と、このＣＲＤハウジング１９下部に設けられたアウ
タチューブ２０と、このアウタチューブ２０の下部に設
けられたスプールピース２１とが、互いに３部材とも同
一のボルト２２で固定されている。なお、ＣＲＤハウジ
ング１９とアウタチューブ２０とは、これらの２部材同
士のみを固定する別のボルト２３で締着されており、ボ
ルト２２を取り外しても、スプールピース２１はＣＲＤ
ハウジング１９から分離するものの、ＣＲＤハウジング
１９とアウタチューブ２０とは一体で、その分離にはボ
ルト２３を取り外す必要がある構成となっている。

【０００６】また、制御棒駆動機構下部にはケーブル２
４が設けられ、このケーブル２４によって電動機１、シ
ンクロ位置検出器１４および電磁ブレーキ１３等と外部
との信号伝達および動力伝達が行われるようになってい
る。

【０００７】このように構成された制御棒駆動機構にお
いて、電動機１を回転駆動させることにより、回転軸２
および駆動軸４を介してボールねじ５が回転し、このボ
ールねじ５の回転によりボールナット６が上下動する。
その際、ボールナット６はローラー７を介して取付板９
により回転が規制されて上下動する。ボールナット６の
上下動に連動して、中空ピストン１０および制御棒１２
が上下動し、この制御棒１２の上下動により炉心への挿
入および引き抜き量が調整され、炉出力がコントロール
される。

【０００８】ところで、上述した従来の制御棒駆動機構
では、グランドパッキン１６部がスプールピース２１の
−次冷却水バウンダリの貫通部となっており、この貫通
部から軸潤滑のための少量の水の排出がある。そこで、
この水を排出するためのリークオフライン２９を設置す
るとともに、グランドパッキン１６は駆動軸４と擦れ合
う状態にあるため、原子力発電所の定期点検時に定期的
に交換する必要があった。

【０００９】また、スプールピース２１部のメンテナン
スは年間２１体程度予定されている一方で、アウタチュ
ーブ２０も取り外す制御棒駆動機構本体点検が年間３体
程度予定されており、さらにそれ以外にも１８体程度の
スプールピース２１をアウタチューブ２０とは別に取り
外す必要がある。スプールピース２１の取り外し時は、
バックシート３０部がバックシート受け部３１との問で
制御棒駆動機構上部から漏れ出る炉水をシートし、さら
にバックシート部３０が駆動軸４側と分離し、バックシ
ート受け部３１上に残るため、漏洩炉水を低減する構造
となっている。ここで、もしアウタチューブ２０とスプ
ールピース２１との間のＯリング１７をフランジ面上に
配置すると、スプールピース２１の取り外し時にフラン
ジ面に隙間ができ、バックシート３０，３１が働くまで
の間、炉水が漏洩することになるため、Ｏリング１７を
スプールピース２１の内側側面に配置している。

【００１０】一方、組立ての際には、Ｏリング１７がア
ウタチューブ２０とスプールピース２１との間で擦り合
いながら組立てられることになるので、金属製Ｏリング
ではシール機能を確保したまま組み立てるのは困難であ
り、Ｏリング１７としてゴム製Ｏリングを採用してい
た。金属製Ｏリングは、ゴム製Ｏリングよりも長寿命で
照射による劣化等で数十年の寿命であり、今後の原子力
発電所の設計寿命の伸長を考慮すると、金属製Ｏリング
の使用が望ましい。

【００１１】また、電動機１としてステッピングモータ
を採用していたことから、ステッピングモータ制御用の
インバータ３２が設けてあって物量が多く、制御が複雑
であった。

【００１２】さらに、ケーブル２４が制御棒駆動機構下
部に接続され、ケーブル２４が制御棒駆動機構下部に垂
れ下がっていることにより、図５に示す制御棒駆動機構
が採用されている改良型沸騰水型原子力発電所（ＡＢＷ
Ｒ）では、制御棒駆動機構下部の空間高さが１．７ｍ程
度であり、作業性が必ずしも良好ではなく、さらにま
た、この空間高さが狭まると作業性が一層低下してい
た。

【００１３】このような事情から、これまで軸シール構
成の改良が進められ、例えば図６に示すように、電動機
の回転軸２から駆動軸４へのトルク伝達機構をマグネッ
トカップリングとする電動型制御棒駆動機構が開発され
ている。図６は、この制御棒駆動機構のスプールピース
部分の構造のみを拡大して示す断面図である。

【００１４】この図６の例では、スプールピース２１の
下部の隔壁２１ａを挟む配置で、アウタカップリング２
５およびインナカップリング２６が対峙しており、アウ
タカップリング２５にはアウタ磁石２７が設けられ、イ
ンナカップリング２６にはアウタ磁石２８がけられてい
る。そして、これらアウタ磁石２７とインナ磁石２８と
の磁力相互作用により、一方の磁石の周方向の回転を、
他方の磁石ヘ伝達する構成となっている。

【００１５】このように構成された制御棒駆動機構にお
いて、電動機１を回転駆動させることにより、回転軸２
およびアウタカップリング２５が回転し、このアウタカ
ップリング２５の回転に追従して、これと非接触の状態
でインナカップリング２６およびそれに連結した駆動軸
４が回転し、図５と同様に制御棒１２の上下動を行うこ
とができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した図
６に示す制御棒駆動機構では、制御棒停止時でも、制御
棒や中空ピストンの自重がボールナットおよびボールね
じを介して、制御棒の引き抜き方向のトルクとして働い
ており、このトルクはマグネットカップリング２５，２
６を介して電磁ブレーキで支持されている。そこで、マ
グネットカップリング部２５，２６の伝達トルクの低下
によって、制御棒を保持するための伝達トルクを失って
はならないという課題があった。

【００１７】また、メンテナンス性、作業性、制御性、
物量、および寿命等の点においても、なお改良の余地が
あった。

【００１８】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、マグネットカップリング採用により軸封部を削除
した上で、さらにメンテナンス性の向上、作業性の向
上、制御の簡素化、物量の低減、および寿命の伸張が図
れ、また万一のマグネットカップリングのトラブルを考
慮しても、制御棒位置保持が可能である安全な制御棒駆
動機構を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容
器下部に設けられ、制御棒を昇降駆動することによって
熱出力を制御する制御棒駆動機構であって、駆動源とし
て電動機を用いるとともに、その電動機の回転軸を制御
棒側の駆動軸に伝達する手段としてマグネットカップリ
ングを設けてなる電動型制御棒駆動機構において、前記
電動機として誘導電動機を採用するとともに、この誘導
電動機から伝達される駆動力を制限するためのスリップ
クラッチを設けたことを特徴とする。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載の制御棒
駆動機構において、スリップクラッチの脱調トルクをマ
グネットカップリング部での脱調トルク以下に設定した
ことを特徴とする。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１記載の制御棒
駆動機構において、スリップクラッチの駆動側に設置さ
れた電動機の駆動信号と、前記スリップクラッチの被駆
動側から入力信号をとるシンクロ位置検出器と、この両
方の信号の相違を検知する信号系とを備えたことを特徴
とする。

【００２２】請求項４の発明は、請求項１記載の制御棒
駆動機構において、スリップクラッチの駆動側および被
駆動側の両側より入力信号をとるシンクロ位置検出器
と、この両方の信号の相違を検知する信号系とを備えた
ことを特徴とする。

【００２３】請求項５の発明は、沸騰水型原子炉の原子
炉圧力容器下部に設けられ、制御棒を昇降駆動すること
によって熱出力を制御する制御棒駆動機構であって、駆
動源として電動機を用いるとともに、その電動機の回転
軸を制御棒側の駆動軸に伝達する手段としてマグネット
カップリングを設けてなる電動型制御棒駆動機構におい
て、前記電動機として誘導電動機を採用したことを特徴
とする。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１または５記載
の制御棒駆動機構において、被駆動トルクの変化を検知
するための電源の電気情報監視機構を備えたことを特徴
とする。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１または５記載
の制御棒駆動機構において、駆動軸にかかるトルクの変
化を検知する機構と、前記トルクに応じて作動するスイ
ッチと、前記スイッチの設定トルク以上にて電動機を停
止しブレーキを作動させる信号系とを備えたことを特徴
とする。

【００２６】請求項８の発明は、請求項１または５記載
の制御棒駆動機構において、マグネットカップリング部
での脱調を検知する機構と、検知した脱調信号により電
動機を停止し、ブレーキを作動させる信号系とを備えた
ことを特徴とする。

【００２７】請求項９の発明は、請求項１または５記載
の制御棒駆動機構において、スリップクラッチ部での脱
調を検知する機構と、検知した脱調信号により電動機を
停止し、ブレーキを作動させる信号系とを備えたことを
特徴とする。

【００２８】請求項１０の発明は、請求項１または５記
載の制御棒駆動機構において、軸方向に移動可能なイン
ナカップリングと、インナカップリングの軸方向位置に
応じて不作用位置および作用位置を有する回転拘束機構
とを備えたことを特徴とする。

【００２９】請求項１１の発明は、請求項１または５記
載の制御棒駆動機構において、軸方向に移動可能なアウ
タカップリングと、アウタカップリングの軸方向位置に
応じて不作用位置および作用位置を有する回転拘束機構
とを備えたことを特徴とする。

【００３０】請求項１２の発明は、請求項１０または１
１記載の制御棒駆動機構において、軸方向に移動可能な
カップリング部材と前記部材の重量支持点との間に、弾
性体を設けたことを特徴とする。

【００３１】請求項１３の発明は、沸騰水型原子炉の原
子炉圧力容器下部に設けられ、制御棒を昇降駆動するこ
とによって熱出力を制御する制御棒駆動機構であって、
駆動源として電動機を用いるとともに、その電動機の回
転軸を制御棒側の駆動軸に伝達する手段としてマグネッ
トカップリングを設けてなる電動型制御棒駆動機構にお
いて、スプールピースと、アウタチューブと、これら２
部品同士のみを相互に固定する連結部とを備えたことを
特徴とする。

【００３２】請求項１４の発明は、請求項１３記載の制
御棒駆動機構において、スプールピースとアウタチュー
ブの２部品同士のみを相互に固定するボルトの頭を、Ｃ
ＲＤハウジングとアウタチューブのフランジ面に有する
ことを特徴とする。

【００３３】請求項１５の発明は、請求項１３に記載の
制御棒駆動機構において、アウタチューブとスプールピ
ースのフランジ面間に、シール材として金属製のＯリン
グを設けたことを特徴とする。

【００３４】請求項１６の発明は、沸騰水型原子炉の原
子炉圧力容器下部に設けられ、制御棒を昇降駆動するこ
とによって熱出力を制御する電動型の制御棒駆動機構で
あって、駆動源として電動機を用いるとともに、その電
動機の回転軸を制御棒側の駆動軸に伝達する手段として
マグネットカップリングを設けてなる電動型制御棒駆動
機構において、制御棒駆動機構の外部との信号あるいは
動力伝達用のケーブルを構成部の側面位置に連結したこ
とを特徴とする。

【００３５】上述した請求項１の発明においては、電動
機の駆動回転力はスリップクラッチを介して、アウタマ
グネットからインナマグネットヘ磁力相互作用により伝
達されることにより、一次冷却水隔壁を貫通する部品が
無くなり、軸封部のシール部を不要にすることができ
る。これにより、グランドパッキンのメンテナンスおよ
びリーク検出配管が不要となる。さらに、電動機として
誘導電動機を採用することにより、ステッピングモータ
を採用していた場合と異なり、インバータを不要にする
ことができ、これにより制御方式の簡素化し、物量の低
減を図ることができる。

【００３６】また、万一電動機が過大なトルクを発生し
た場合でも、スリップクラッチ部で脱調する事により、
制御棒駆動機構機器を保護することができる。さらに、
誘導電動機あるいは直流電動機では、ステッピングモー
タを採用した場合と比較し、電動機の出力トルクの変化
による電動機駆動電流／電圧／消費電力等の変化を顕著
にすることができる。

【００３７】請求項２の発明においては、請求項１記載
のスリップクラッチ部の脱調トルクをマグネットカップ
リング部での脱調トルク以下に設定することにより、万
一電動機が過大なトルクを発生した場合でも、マグネッ
トカップリング部ではなく、スリップクラッチ部で脱調
させることができる。マグネットカップリングは、被駆
動側が一次冷却水バウンダリー内にあるが、スリップク
ラッチは駆動側、被駆動側とも一次冷却水バウンダリー
外にあり、脱調を機械的に測定することが容易となる。
脱調の機械的な測定手段としては、駆動側と被駆動側の
回転数比較、トルクメータ等による軸トルクの変化の測
定、脱調の際の機械的衝撃の測定等が挙げられる。な
お、マグネットカップリング部の脱調を機械的に検知す
る場合は、原子炉圧力容器バウンダリーに貫通部を用い
る構造、あるいはバウンダリー内の信号を外部へ伝達す
る磁気的な信号伝達手段等が必要となる。

【００３８】請求項３においては、例えば電動機の駆動
信号が出ているにも拘らず、シンクロ発信器の出力信号
が変化しない、あるいは駆動信号に見合った変化が起き
ない等の相違を検知することにより、スリップクラッチ
部での脱調を検知することが可能となる。

【００３９】請求項４の発明においては、シンクロ発信
器により、スリップクラッチの駆動側および被駆動側の
両側より入力信号をとり、その相違を検知することによ
り、スリップクラッチ部での脱調を検知することが可能
とあなる。

【００４０】請求項５の発明においては、万一電動機が
過大な回転トルクを発生した場合、マグネットカップリ
ング部で脱調させ、機器の損傷を防止することが可能と
なる。請求項１記載の制御棒駆動機構では、スリップク
ラッチは一般に摩擦力によりトルクを伝達しており、固
着等がおこる可能性がある。−方、マグネットカップリ
ングは磁力相互作用によりトルクを伝達しており、カッ
プリング部での固着の可能性は小さく、機器保護の観点
から信頼性を向上させることが可能となる。即ち、マグ
ネットカップリングを採用せずに誘導電動機を採用する
と、機器保護のためにはスリップクラッチ等の設置が必
要となるが、マグネットカップリングと誘導電動機を組
み合わせて採用した場合、両者の長所を備えるだけでな
く、スリップクラッチの機能をマグネットカップリング
で代用させることができる。

【００４１】請求項６の発明においては、誘導電動機を
採用したことにより、ステッピングモータを採用した場
合と比較し、電動機駆動トルクの変化が顕著に電動機駆
動電流／電圧／消費電力の変化として測定可能となる。
そのため、マグネットカップリング部あるいはスリップ
クラッチ部での脱調の際は、駆動電流等に顕著な変化が
現れる。また、電動機駆動トルクが増大した場合、すな
わちマグネットカップリング部あるいはスリップクラッ
チ部で伝達トルクが増大した場合は、駆動電流が顕著に
増大する。

【００４２】上記より、マグネットカップリングに誘導
電動機を組み合わて採用した場合、ステッピングモータ
を採用した場合と比較して、電動機駆動電流／電圧／消
費電力の変化により、マグネットカップリング部あるい
はスリップクラッチ部での脱調あるいは伝達トルクの増
大を容易に検知することが可能である。

【００４３】万一、マグネットカップリング部あるいは
スリップクラッチ部で脱調した場合、制御棒の位置表示
が実際と不整合となる。例えば請求項２，３記載の制御
棒駆動機構では、実際に脱調した場合の他、信号伝達系
の機器故障等によっても、脱調を検知する可能性があ
り、この時のシンクロ発信器による位置検出手段では、
っ必ずしも真の制御棒位置を測定していない可能性があ
る。原子力発電所の運用上、制御棒位置表示と実際の制
御棒位置との不整合は、好ましくない。

【００４４】そこで請求項８の発明においては、マグネ
ットカップリング部あるいはスリップクラッチ部での脱
調を検知した場合、すみやかに電動機を停止あるいは減
速し、ブレーキを作動させることにより、制御棒の駆動
を停止することが可能となる。

【００４５】また、請求項７の発明によれば、マグネッ
トカップリング部あるいはスリップクラッチ部での伝達
トルクの増大を検知し、脱調する伝達トルク以下の所定
の伝達トルクに達した時点で、すみやかに電動機を停止
あるいは減速し、ブレーキを作動させることにより、マ
グネットカップリングあるいはスリップクラッチ部で脱
調させることなく、制御棒の駆動を停止することが可能
である。駆動軸にかかるトルクの変化を検知する機構と
しては、請求項６等に示す手段が挙げられる。この場
合、脱調していないため制御棒駆動停止後も制御棒の位
置を確認することが可能であり、電動機の過大なトルク
発生による電動機自身の損傷等も防止可能である。

【００４６】請求項１，５記載の発明ではマグネットカ
ップリングを基本的に回転力の伝達に利用している。し
かし、アウタ磁石とインナ磁石の異極間では、軸方向位
置で相互に完全に向かい合うよう磁力相互作用が働き、
マグネットカップリングには磁力相互作用の他、重力等
が作用している。

【００４７】そこで、例えば請求項１０，１１，１２記
載の発明では、インナカップリング側あるいはアウタカ
ップリング側の軸方向位置の変化を許容する構造とした
ことにより、インナカップリングとアウタカップリング
の軸方向の位置は、磁力相互作用および重力等の軸方向
に働く力の釣り合いで決まる。このとき、磁力相互作用
が低下した場合、この力の釣り合いが変化し、インナカ
ップリングあるいはアウタカップリングの位置が変化す
る。したがって、請求項１０，１１，１２においては、
この軸方向位置に応じて、回転フリーな状態、回転拘束
な状態を設定し、万一磁力が減じた場合でも、回転拘束
な状態とすることにより、制御棒の落下等の事象を防止
することが可能である。

【００４８】請求項１３，１４の発明においては、制御
棒駆動機構分解時、制御棒駆動機構ハウジングとアウタ
チューブとスプールピースの３部品を固定するボルトを
取り外すことにより、アウタチューブとスプールピース
とを一体で取り外すことが可能となる。もちろん、組立
の際もアウタチューブとスプールピースを一体で取り付
けることができる。

【００４９】なお、マグネットカップリングを採用した
制御棒駆動機構では、グランドパッキンが削除され、グ
ランドパッキンのメンテナンスが不要となるため、スプ
ールピースのみ制御棒駆動機構から取り外す必要性が少
なくなる。

【００５０】そこで、請求項１３，１４記載の発明で
は、スプールピースとアウタチューブを−体で取り扱う
ことにより、作業性の向上、作業時問を短縮することが
可能となる。また、請求項１３，１４記載の発明におい
ては、原子力発電所の下部ドライウェル内でスプールピ
ースとアウタチューブとを一体で取り外し後、温度条
件、被曝条件、作業場所の広さ等、作業環境の良い制御
棒駆動機構補修室等でスプールピースとアウタチューブ
を分離し、内部の分解点検を実施することが可能であ
る。

【００５１】請求項１３記載の制御棒駆動機構において
は、アウタチューブとスプールピースを一体で取り外す
ことにより、スプールピースをアウタチューブから分離
するときには炉水流出のおそれがない状態で作業を実施
できる。そこで、スプールピース部の一次冷却水バウン
ダリの−部を形成する、従来のスプールピースの内面に
設置していたＯリングを、スプールピースとアウタチュ
ーブのフランジ面間に配置することが可能となる。Ｏリ
ングをフランジ面間に設置することにより、アウタチュ
ーブとスプールピースを取付けの際、Ｏリングを壁面で
こすることなく、取付が可能となる。これにより、従来
ゴム製Ｏリングであつたものを、金属製のＯリングとす
ることが可能となる。

【００５２】請求項１４記載の発明では制御棒駆動機構
ハウジング、アウタチューブ、スプールピースの３部品
を固定するボルトの頭をスプールピースフランジ部下側
に配置するー方、アウタチューブとスプールピースの２
部品同士のみを固定するボルトの頭を、制御棒駆動機構
ハウジングとアウタチューブ問に配置することにより、
ボルトの頭同士の干渉をしにくくし、フランジ径を小さ
くすることが可能となる。

【００５３】以上の機能に基づく請求項１５の発明で
は、アウタチューブとスプールピースのフランジ面間
に、金属製Ｏリングを配置することにより、このＯリン
グをメンテナンスフリーとすることが可能である。即
ち、マグネットカップリングの採用により軸封部を削除
し、かつメタルＯリングの採用によりスプールピースを
設計上メンテナンスフリーの構造とすることが可能とな
る。

【００５４】請求項１６の発明においては、従来の制御
棒駆動機構下部に垂れ下がっていたケーブルを側面に取
り付けることにより、制御棒駆動機構下部スペースの空
間高さを高くし、作業性を改善することが可能である。
また、例えば誘導電動機を採用した場合は、駆動電源お
よび信号伝達を必要とする位置保持用ブレーキと電動機
との間に、ギア等電源不要な機械類が存在している。こ
のとき、制御棒駆動機構下部に電源および信号伝達手段
となるケーブルを接続した場合、ギア等が組み込まれた
スペースにケーブル等を通すと、ギア部の物量が増え、
径が増加する可能性がある。これに対し、本発明では、
ギアの上部側にある位置保持用ブレーキ等とギアの下部
にある電動機等それぞれ別々に側面から電源・信号伝達
用ケーブル等を接続することにより、径の増加を防止す
ることが可能となる。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電動型の制御
棒駆動機構の実施形態について、図面を参照して説明す
る。

【００５６】第１実施形態（図１）図１は本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。な
お、本実施形態の制御棒駆動機構の上部構造については
図１に示した従来の構成とほぼ同様であるから、図１と
同一の符号を付して説明し、重複部分の説明は省略す
る。

【００５７】まず、本実施形態の構成について説明す
る。この実施形態の制御棒駆動機構は原子炉圧力容器Ａ
の底部から下方に伸びるＣＲＤハウジング１９の下部フ
ランジに、ボルト３３によって締着固定されている。

【００５８】制御棒駆動機構下部には、スプールピース
３４を挟んでマグネットカップリング２５，２６が設け
られ、さらにその下部に、停止用ブレーキ３５、シンク
ロ位置検出器３６、変速器３７、誘導電動機３８、制動
用ブレーキ３９が取り付けられている。この電動機３８
からの回転駆動力は、変速器３７およびマグネットカッ
プリング２５，２６を介して駆動軸４へ伝達される。

【００５９】マグネットカップリング２５，２６は駆動
軸４の下部に配設され、駆動側であるアウタ磁石２７を
有するアウタカップリング２５と、被駆動側であるイン
ナ磁石２８を有するインナカップリング２６とから構成
されている。一次冷却水隔壁としてのスプールピース３
４は、インナカップリング２６とアウタカップリング２
５とを隔てており、貫通部がない構造となっている。

【００６０】駆動軸４はボールネジ５に連結され、駆動
軸４の回転駆動力はボールネジ５に伝達される。このボ
ールネジ５にはボールナット６が螺合され、このボール
ナット６はガイドチューブ８内の軸方向に配設された取
付板９に対をなすローラ７が狭持されて回りどめされて
いる。これにより、ボールネジ５の回転がボールナット
６の上下動に変換されるようになっている。

【００６１】また、ボールナット６の上には中空ピスト
ン１０が載置固定され、ボールナット６の昇降に従って
中空ピストン１０が一体的に昇降されるようになってい
る。この中空ピストン１０の上端には、制御棒１２に係
合可能なカップリング１１が取り付けられている。即
ち、ボールネジ５、ボールナット６およびローラ７によ
り中空ピストン１０の昇降機構が構成されている。

【００６２】また、停止用ブレーキ３５、シンクロ位置
検出器３６、誘導電動機３８、制動用ブレーキ３９等、
制御棒駆動機構外部との動力伝達あるいは信号伝達が必
要な機器に対しては、動力伝達用あるいは信号伝達用の
ケーブル４０，４１が制御棒駆動機構側面に取り付けら
れている。

【００６３】また、誘導電動機３８の電源部には電流監
視装置４２が配設されている。さらにブレーキ作動用の
信号系が設けられ、これにより前記電流監視装置４２で
の電流値の変化によりマグネットカップリング２５，２
６部での脱調、あるいは回転軸２にかかるトルクの増大
等を検知し、電動機３８を停止し、ブレーキ３５，３９
を作動させるようになっている。なお、シンクロ位置検
出器３６は電動機３８の上部側から入力信号をとってい
る。

【００６４】また、アウタチューブ２０とスプールピー
ス３４とが、これら２部品同士のみを相互に締着するボ
ルト４３をアウタチューブ２０側から差し込むことによ
り固定されている。さらに、ＣＲＤハウジング１９、ア
ウタチューブ２０およびスプールピース３４は、これら
３部品を相互に締着するボルト３３により固定されてい
る。さらにまた、アウタチューブ２０とスプールピース
３４との間のフランジ面には、シール材としてメタルＯ
リング４４が設けられている。

【００６５】次に、本実施形態の作用について説明す
る。制御棒１２を駆動する際は、誘導電動機３８を駆動
し、ブレーキ３５，３９を解除する。これにより、回転
軸２が回転し、この回転がマグネットカップリング２
５，２６を介して駆動軸４ヘ伝達され、最終的には制御
棒１２の挿入あるいは引き抜きを行うことができる。

【００６６】ここで万一、電動機３８が過大なトルクを
発生した場合には、前記トルクがマグネットカップリン
グ２５，２６部の脱調トルクを越えると、マグネットカ
ップリング２５，２６部で脱調を引き起こす。これによ
り、駆動軸４側への伝達トルクを制限し、過大なトルク
から機器の損傷を保護することができる。

【００６７】マグネットカップリング２５，２６は、イ
ンナマグネット２８とアウタマグネット２７の位相差に
応じ、伝達トルクが変化する。したがって、マグネット
カップリング２５，２６部で脱調した場合には、駆動軸
４にかかるトルクが変動する。この伝達トルクは電動機
３８の負荷トルクであるから、電動機３８の駆動電流に
変化が生じる。この変化は電流監視装置４２により検出
され、電動機３８が停止し、ブレーキ３５，３９が作動
する。

【００６８】なお、マグネットカップリング２５，２６
部で脱調した場合、回転軸２と駆動軸４の同期がずれる
ため、回転軸２により制御棒１２の位置を検出している
シンクロ位置検出器３６では、駆動軸４に接続されてい
るＣＲの真の位置を検出することができない。一方、マ
グネットカップリング２５，２６部で脱調しなくても、
回転軸２、駆動軸４にかかるトルクに応じて電動機３８
の駆動電流が変化する。

【００６９】したがって、電流監視装置４２により、マ
グネットカップリング２５，２６部脱調トルク以下に設
定した所定の軸トルクに相当する電流値、あるいは波形
に達した場合、これを検知して電動機３８が停止し、ブ
レーキ３５，３９が作動するようにすることも可能であ
る。この時、マグネットカップリング２５，２６部で脱
調が発生しないため、回転軸２および駆動軸４は同期し
ており、シンクロ位置検出器３６により、制御棒１２位
置を検出することができる。

【００７０】なお、以上の第１実施形態においては、種
々の構成変更等によってもマグネットカップリング２
５，２６部の脱調、あるいは軸トルクの増大を検知する
ことが可能である。その手段としては、例えばマグネッ
トカップリング２５，２６部の間の隔壁外側に、コイル
のような回路を設け、マグネットカップリング２６，２
６の回転による前記回路の誘導起電力を測定する手段、
または回転軸２にトルクメータをつける手段等が挙げら
れる。

【００７１】本実施形態のように、マグネットカップリ
ング２５，２６を採用した制御棒駆動機構では、スプー
ルピース３４軸封部のメンテナンスが不要となる。そこ
で、基本的にスプールピース内構造物のみをメンテナン
スする頻度が少なくなり、スプールピース部のみを制御
棒駆動機構から外す機会が減少する。その−方、制御棒
駆動機構本体点検時は、スプールピース３４だけでなく
アウタチューブ２０も取り外して分解することとなる。

【００７２】そこで、本実施形態においては、制御棒駆
動機構本体点検時にＣＲＤハウジング１９とアウタチュ
ーブ２０とスプールピース３４はこれら３部品を相互に
固定するボルト３３を外せば、アウタチューブ２０とス
プールピース３４を−体で取り外すことが可能である。
この時の作業場所は下部ドライウェル内である。

【００７３】また、スプールピース３４とアウタチュー
ブ２０を分離する際は、両者問のボルト４３を外す必要
があるが、この作業は制御棒駆動機構補修室等、下部ド
ライウェルと比較して広く、放射線量も少なく作業環境
に優れた場所で実施することができる。

【００７４】また、前述のようにアウタチューブ２０と
スプールピース３４とをー体で取り扱う場合、従来では
スプールピース３４取り外し時の水漏れに対処するため
にスプールピース３４内側の側面に配置していたＯリン
グ４４を、スプールピース３４とアウタチューブ２０の
フランジ面間に設置することが可能となる。これによ
り、スプールピース３４取付の際、Ｏリング４４を従来
のようにシール面に擦りながら取り付けるのでなく、Ｏ
リング４４を単に押し潰す状態で取り付けることができ
るため、Ｏリング４４をメタルＯリングとすることがで
きる。メタルＯリングの採用に伴い、Ｏリング４４の劣
化がほとんどなくなり、スプールピース構造物全体をメ
ンテナンスフリーな構造とすることができる。

【００７５】また、ケーブル４０，４１を制御棒駆動機
構側面に取り付けることにより、制御棒駆動機構下部ス
ペースの空問高さを高くし、作業性を改善することがで
きる、とともに、変速器部３７内へのケーブル布設によ
る径の増加を防止することができる。

【００７６】以上の構成を有する本実施形態の制御棒駆
動機構においては、マグネットカップリング２５，２６
の採用によりスプールピース軸封部が削除され、誘導電
動機３８の採用によりステッピングモータ採用時と比較
して物量の低減、制御方法の簡素化が図れ、しかも過大
なトルクを発生する可能性がある誘導電動機の特徴から
機器を保護することができる。また、スプールピース３
４とアウタチューブ２０とをー体で取り扱うことがで
き、制御棒駆動機構本体点検時の作業時間を短縮するこ
とができる。さらに、スプールピース３４とアウタチュ
ーブ２０との分離作業を制御棒駆動機構補修室等、下部
ドライウェル内と比較して作業環境の良い場所で実施す
ることができるため、作業性の向上、被ばく低減が図れ
る。

【００７７】さらにまた、アウタチューブ２０とスプー
ルピース３４との間のシール４４をメタルＯリングとす
ることにより、Ｏリングの劣化を殆どなくすることがで
き、またスプールピース軸封部の削除、およびアウタチ
ューブ２０とスプールピース３４との間のＯリング４４
をメタルＯリングとすることで、スプールピース内構造
物が現在考慮されている沸騰水型原子力発電所の数十年
にわたる設計寿命の間、設計上メンテナンスフリーとす
ることができ、保守性の向上も図れる。

【００７８】第２実施形態（図２）図２は、本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施形態を
示す縦断面図である。なお、第１実施形態と同一構造部
分については、図２に図１と同一の符号を付して、重複
する説明は省略する。

【００７９】本実施形態の制御棒駆動機構では、停止用
ブレーキ３５と電動機３８との間に、スリップクラッチ
４５を追加した構成となっている。このスリップクラッ
チ４５は、摩擦力によりトルクを伝達し、その脱調トル
クは、マグネットカップリング２５，２６部の脱調トル
ク以下に設定されている。また、シンクロ位置検出器３
６は、スリップクラッチ４５の駆動側および被駆動側よ
り入力信号をとっている。その他の構成は、基本的に第
１実施形態と同様である。

【００８０】本実施形態においても、制御棒の作動原理
は第１実施形態と同様であるが、下記の点で異なる。即
ち、万一電動機３８が過大なトルクを発生した場合、ス
リップクラッチ４５部の脱調トルクの方がマグネットカ
ップリング２５，２６部の脱調トルクに比して小さいた
め、スリップクラッチ４５部で脱調することになるが、
このときシンクロ位置検出器３６は入力信号をスリップ
クラッチ４５の駆動側および被駆動側からとっているた
め、この両信号の相違により、スリップクラッチ４５部
での脱調を検知することができる。そこで、この脱調検
知により、電動機３８を停止し、ブレーキ３５，３９を
作動させることができる。

【００８１】また、シンクロ位置検出器３６の信号と電
動機３８の駆動信号とを比較する方法、あるいは第１実
施形態と同様に軸トルクの増加を検知する方法によっ
て、電動機３８を停止し、ブレーキ３５，３９を作動さ
せる構成とすることもできる。

【００８２】さらに、シンクロ位置検出器３６の入力信
号を、スリップクラッチ４５の被駆動側からとることが
できるので、スリップクラッチ４５部での脱調後も、制
御棒１２の位置を検出することができる。

【００８３】本実施形態の制御棒駆動機構においては、
脱調を検知するための機器、およびケーブル等を追加設
置しなくても、容易に脱調を検知することができ、また
脱調後も制御棒１２位置を把握することができるという
効果が奏される。

【００８４】第３実施形態（図３、４）図３は本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施形態を示
す縦断面図であり、図４は制御棒駆動機構のスプールピ
ース底部およびインナカップリング部を示す斜視図であ
る。

【００８５】本実施形態の制御棒駆動機構では、インナ
部のスラストおよびラジアル荷重を受けるべアリング４
６と、このべアリング４６部を軸方向に支持するバネ等
の弾性体４７を有しており、べアリング４６部はローラ
ー４８により軸方向に可動となっている。これに伴い、
ベアリング４６により支持される駆動軸４、およびそれ
に連結するインナカップリング２６は、軸方向に可動と
されている。一方、アウタカップリング２５の軸方向位
置は固定されており、軸方向には移動不可能となってい
る。

【００８６】また、通常運転状態においてインナカップ
リング２６に固定されているインナ磁石２８が、アウタ
カップリング２５に固定されているアウタ磁石２７と比
べて軸方向に例えばｌｍｍ相対的に下方にある。さら
に、図４に示すように、インナカップリング２６底部に
は突起部４９が設けられ、またスプールピース３４内側
の底部にも突起部５０が設けられている。

【００８７】インナカップリング２６の突起部４９と、
スプールピース３４底部の突起部５０とは、インナカッ
プリング２６が通常運転状態と比較して２ｍｍ下方にず
れた状態、すなわちアウタ磁石２７に対してインナ磁石
２８が相対的に３ｍｍ下方にずれた状態で、インナカッ
プリング２６の回転時、相互に干渉して回転を拘束する
構造となっている。

【００８８】このような本実施形態によれば、図３に示
したマグネットカップリング２５，２６が回転力を伝達
ができる一方、インナ磁石２８とアウタ磁石２７との軸
方向位置が相対的にずれている場合、インナ磁石２８と
アウタ磁石２７とが完全に正対するように復元力が働
く。

【００８９】そして、通常運転状態では、インナカップ
リング２６や駆動軸４あるいは制御棒にかかる重力、弾
性体４７による荷重、マグネットカップリング２５，２
６による復元力等が軸方向の力として作用し、インナ磁
石２８の位置はアウタ磁石２７に比べて例えばｌｍｍ相
対的に下方な位置で釣り合っている。このとき、インナ
磁石２８とアウタ磁石２７問に働く磁力相互作用による
軸方向の力は、インナカップリング２６に対して上向き
の力となっている。また、インナカップリング２６の突
起部４９とスプールピース３４の突起部５０とは、イン
ナカップリング２６が回転しても互いに干渉しない位置
にあり、インナカップリング２６は回転フリーな状態と
なっている。

【００９０】したがって、万一マグネットカップリング
２５，２６の磁石２７，２８の磁力が低下した場合に
は、インナ磁石２８とアウタ磁石２７との間の軸方向の
相対的なずれに対する復元力も低下する。これにより、
インナカップリング２６に働いていた磁力相互作用によ
る上向きの力も減少し、べアリング部４６、駆動軸４お
よびインナカップリング２６が、下方へ例えば３ｍｍ移
動する。このとき、アウタ磁石２７と比較して、インナ
磁石２８は相対的に４ｍｍ下方の位置にある。前記のよ
うに、べアリング部４８が下方に移動することにより、
弾性体４７が発生する上向きの力が増加し、軸方向に働
く力は再び釣り合い状態となる。

【００９１】したがって、このときインナカップリング
２６を回転させようとしても、インナカップリング２６
の突起部４９と、スプールピース３４底部の突起部５０
とが干渉し、回転拘束状態となって突起部４９，５０同
士のガタ分以外は回転しない。

【００９２】なお、本実施形態ではインナカップリング
２６を軸方向に移動可能とし、アウタカップリング２５
を軸方向に固定としたが、逆にインナカップリング２６
を軸方向に固定し、アウタカップリング２５を軸方向に
移動可能とし、あるいはインナカップリング２６および
アウタカップリング２５の双方とも軸方向に移動可能と
する構成としてもよい。このような場合においても、前
記同様の作用を行わせることができる。

【００９３】また、本実施形態ではインナカップリング
２６の突起部４９とスプールピース３４底部の突起部５
０とを利用して、回転拘束の状態を作り出したが、この
他に、例えばベアリング部４６とスプールピース３４側
面部とで干渉させ、回転拘束状態をつくる等、通常時と
磁力低下時とで相対的な位置の差を生じる部位であれ
ば、同様な機能を有する構造とすることができる。

【００９４】本実施形態に示す制御棒駆動機構の構成に
おいては、万一マグネットカップリング２５，２６部の
磁石２７，２８の磁力が低下し、例えばマグネットカッ
プリング２５，２６部の伝達最大トルクが中空ピストン
や制御棒の自重による制御棒引き抜き方向のトルクをブ
レーキに伝達するための伝達トルク以下となつた場合に
おいても、インナカップリング２６が下方に移動し、回
転拘束な状態となることにより、制御棒の落下を防止す
ることが可能である。

【００９５】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明による制
御棒駆動機構においては、基本的にマグネットカップリ
ングの採用により、軸封部を削除した上で、さらにメン
テナンス性の向上、作業性の向上、制御の簡素化、物量
の低減、長寿命化等が図れ、また万一のマグネットカッ
プリングの劣化を考慮しても、制御棒位置保持が可能
で、かつ安全性の向上が図れる等の優れた作用効果が奏
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒駆動機構の第１実施形態を
示す縦断面図。

【図２】本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施形態を
示す縦断面図。

【図３】本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施形態を
示すもので、スプールピース底部およびマグネットカッ
プリング部を示す縦断面図。

【図４】図３に示す実施形態のスプールピース底部およ
び内側のマグネットカップリング（インナカップリン
グ）を示す斜視図。

【図５】従来の制御棒駆動機構を示す縦断面図。

【図６】従来の制御棒駆動機構におけるマグネットカッ
プリング部を示す縦断面図。

【符号の説明】

１電動機２回転軸３ギアカップリング４駆動軸５ボールネジ６ボールナット７ローラ８ガイドチューブ９取付板１０中空ピストン１１カップリング１２制御棒１３電磁ブレーキ１４シンクロ位置検出器１５モータブラケット１６グランドパッキン１７Ｏリング１８Ｏリング１９ＣＲＤハウジング２０アウタチューブ２１スプールピース２１ａ隔壁２２ボルト２３ボルト２４ケーブル２５アウタカップリング２６インナカップリング２７アウタ磁石２８インナ磁石２９リークオフライン３０バックシート３１バックシート受け部３２インバータ３３ボルト３４スプールピース３５停止用ブレーキ３６シンクロ位置検出器３７変速機３８誘導電動機３９制動用ブレーキ４０ケーブル４１ケーブル４２電流監視装置４３ボルト４４Ｏリング４５スリップクラッチ４６ベアリング４７弾性体４８ローラー４９突起部５０突起部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に
設けられ、制御棒を昇降駆動することによって熱出力を
制御する制御棒駆動機構であって、駆動源として電動機
を用いるとともに、その電動機の回転軸を制御棒側の駆
動軸に伝達する手段としてマグネットカップリングを設
けてなる電動型制御棒駆動機構において、前記電動機と
して誘導電動機を採用するとともに、この誘導電動機か
ら伝達される駆動力を制限するためのスリップクラッチ
を設けたことを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項２】請求項１記載の制御棒駆動機構におい
て、スリップクラッチの脱調トルクをマグネットカップ
リング部での脱調トルク以下に設定したことを特徴とす
る制御棒駆動機構。
【請求項３】請求項１記載の制御棒駆動機構におい
て、スリップクラッチの駆動側に設置された電動機の駆
動信号と、前記スリップクラッチの被駆動側から入力信
号をとるシンクロ位置検出器と、この両方の信号の相違
を検知する信号系とを備えたことを特徴とする制御棒駆
動機構。
【請求項４】請求項１記載の制御棒駆動機構におい
て、スリップクラッチの駆動側および被駆動側の両側よ
り入力信号をとるシンクロ位置検出器と、この両方の信
号の相違を検知する信号系とを備えたことを特徴とする
制御棒駆動機構。
【請求項５】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に
設けられ、制御棒を昇降駆動することによって熱出力を
制御する制御棒駆動機構であって、駆動源として電動機
を用いるとともに、その電動機の回転軸を制御棒側の駆
動軸に伝達する手段としてマグネットカップリングを設
けてなる電動型制御棒駆動機構において、前記電動機と
して誘導電動機を採用したことを特徴とする制御棒駆動
機構。
【請求項６】請求項１または５記載の制御棒駆動機構
において、被駆動トルクの変化を検知するための電源の
電気情報監視機構を備えたことを特徴とする制御棒駆動
機構。
【請求項７】請求項１または５記載の制御棒駆動機構
において、駆動軸にかかるトルクの変化を検知する機構
と、前記トルクに応じて作動するスイッチと、前記スイ
ッチの設定トルク以上にて電動機を停止しブレーキを作
動させる信号系とを備えたことを特徴とする制御棒駆動
機構。
【請求項８】請求項１または５記載の制御棒駆動機構
において、マグネットカップリング部での脱調を検知す
る機構と、検知した脱調信号により電動機を停止し、ブ
レーキを作動させる信号系とを備えたことを特徴とする
制御棒駆動機構。
【請求項９】請求項１または５記載の制御棒駆動機構
において、スリップクラッチ部での脱調を検知する機構
と、検知した脱調信号により電動機を停止し、ブレーキ
を作動させる信号系とを備えたことを特徴とする制御棒
駆動機構。
【請求項１０】請求項１または５記載の制御棒駆動機
構において、軸方向に移動可能なインナカップリング
と、インナカップリングの軸方向位置に応じて不作用位
置および作用位置を有する回転拘束機構とを備えたこと
を特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項１１】請求項１または５記載の制御棒駆動機
構において、軸方向に移動可能なアウタカップリング
と、アウタカップリングの軸方向位置に応じて不作用位
置および作用位置を有する回転拘束機構とを備えたこと
を特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項１２】請求項１０または１１記載の制御棒駆
動機構において、軸方向に移動可能なカップリング部材
と前記部材の重量支持点との間に、弾性体を設けたこと
を特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項１３】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部
に設けられ、制御棒を昇降駆動することによって熱出力
を制御する制御棒駆動機構であって、駆動源として電動
機を用いるとともに、その電動機の回転軸を制御棒側の
駆動軸に伝達する手段としてマグネットカップリングを
設けてなる電動型制御棒駆動機構において、スプールピ
ースと、アウタチューブと、これら２部品同士のみを相
互に固定する連結部とを備えたことを特徴とする制御棒
駆動機構。
【請求項１４】請求項１３記載の制御棒駆動機構にお
いて、スプールピースとアウタチューブの２部品同士の
みを相互に固定するボルトの頭を、ＣＲＤハウジングと
アウタチューブのフランジ面に有することを特徴とする
制御棒駆動機構。
【請求項１５】請求項１３に記載の制御棒駆動機構に
おいて、アウタチューブとスプールピースのフランジ面
間に、シール材として金属製のＯリングを設けたことを
特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項１６】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部
に設けられ、制御棒を昇降駆動することによって熱出力
を制御する制御棒駆動機構であって、駆動源として電動
機を用いるとともに、その電動機の回転軸を制御棒側の
駆動軸に伝達する手段としてマグネットカップリングを
設けてなる電動型制御棒駆動機構において、制御棒駆動
機構の外部との信号あるいは動力伝達用のケーブルを構
成部の側面位置に連結したことを特徴とする制御棒駆動
機構。